Abstract: Синтез многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) методом химического осаждения углерода из газовой фазы на поверхности металла (CCVD) является уникальным каталитическим процессом. Его особенностями являются: • Драматическое (до 400 раз) изменение объема каталитической, что приводит к существенным ограничениям при организации синтеза и исследовании процесса. • Образование на одном активном центре катализатора двух интерфейсов химических реакций. Первый отвечает за разложение углеводородного субстрата, второй – за встраивание углерода в структуру МУНТ. • Обеспечение активной частицей транспорта углеродных интермедиатов от первого интерфейса ко второму за счет концентрационного градиента. В настоящей работе проведено исследование формирования активного компонента катализаторов синтеза МУНТ. С помощью комплекса физико-химических методов (in situ РФА на синхротронном излучении, КР спектроскопия, in situ и ex situ ПЭМ, ЯМР в собственном поле ядер 59Co, in situ РФЭС, ГХМС) было исследовано влияние состава катализатора, реакционных параметров на состав и динамику каталитической системы, а также на свойства получаемых МУНТ. По итогам работы удалось выделить и охарактеризовать процессы, составляющие активацию катализатора. Установлено, что активным компонентом Fe-Co катализаторов является сплавная частица. Впервые показано последовательное восстановление сплавных частиц. Установлено, что именно скорость спекания металлических частиц контролирует рост нанотрубок. Произведено сравнение с однокомпонентными катализаторами, в результате которого показаны причины эффективности выбранного сплавного состава. Показано, что замена носителя влияет как на протекание процессов активации, так и на свойства конечного продукта. Предложены механизмы наблюдаемых химических процессов. Выделено и систематически исследовано взаимодействие поверхности нанотрубок этиленом, которое приводит к формированию латеральных отложений углерода на их поверхности. Исследовано влияние латеральных отложений углерода на свойства МУНТ. Показано влияние состава активного компонента и его размера на дефектную структуру МУНТ. На основании полученных данных построена феноменологическая нестационарная модель роста МУНТ, которая позволяет оптимизировать технологические параметры работы к реакторов с псевдоожиженным слоем катализатора. Полученные результаты также используются для создания кинетической модели синтеза МУНТ, так и для дизайна новых высокопроизводительных катализаторов.

Cite: Красников Д.В. , Кузнецов В.Л. , Шмаков А.Н. , Образцова Е.Д. , Бокова-Сирош С.Н. , Рабинович О.С. , Бородуля В.А. , Блинова А.Н. , Андреев А.С. , Лапина О.Б. , Просвирин И.П. , Калинкин А.В. , Селютин А.Г. , Ищенко А.В.
In situ исследование формирования и работы катализаторов синтеза многослойных углеродных нанотрубок
Углеродные нанотрубки и графен - новые горизонты : Научная школа для молодых ученых 30 нояб. - 4 дек. 2015